日前，中国科学院金属研究所研究员李昺团队在制冷材料领域取得重大突破，他们在一种名为六氟磷酸钾（KPF₆）的无机塑晶材料中，首次观察到“全温区压卡效应”。KPF₆由此成为全球发现的首个全域制冷材料，为开发新一代高效、环保的全固态制冷技术打开了全新大门。相关成果8月20日发表于《自然-通讯》。

该成果科普动画截图。课题组供图

传统的冰箱和空调使用的气体压缩制冷技术，存在能耗高、可能排放有害气体等问题。为此，全球的科学家和工程师都在努力寻找更优的替代方案，固态相变制冷技术就是其中一种前景广阔的解决方案。

这项技术的核心是利用固体材料的一种特性：当外界施加不同的“场”（如磁场、电场或压力）时，材料的内部结构（称为“相”）会发生变化，这个过程会吸收或释放热量，从而实现制冷。

改变内部结构的技术主要包括：磁卡效应（用磁场控制相变）、电卡效应（用电场控制相变）、弹卡效应（用机械应力控制相变）、压卡效应（用压力控制相变）。但这些方法都有一个共同的局限：它们的制冷效应只发生在其“相变温度”附近一个很小的温度范围内（通常只有正负10开尔文左右，即约正负10摄氏度）。

为了实现大范围的温度变化，必须把许多个不同相变温度的材料像串糖葫芦一样组合起来，做成多级制冷装置，这给科学家带来很大难题。

李昺团队在KPF₆的无机塑晶材料中，首次观察到了“全温区压卡效应”。

通过施加压力，KPF₆能在从室温（约25°C）到液氮（-196°C）、液氢（-253°C）甚至液氦（-269°C）的极低温区实现制冷效应，这是迄今为止唯一的全温区固态相变制冷材料。

研究人员介绍，KPF₆在室温常压下是一种面心立方结构，其内部的六氟磷酸分子团可以自由地随机旋转。当温度降低时，它会经历两次内部结构变化（相变），转变为不同的单斜结构。对这些结构施加压力，均会转变为另外一种菱方结构正是这些相变过程导致了强大的吸热或放热效应。